Metode til at spore reaktioner mellem luft og kulstofbaserede forbindelser etableret

Ved at være den første til fuldt ud at spore den skiftende kemi af kulstofmolekyler i luften, en Virginia Tech-professor kunne ændre den måde, vi studerer forurenende stoffer på, smog, og emissioner til atmosfæren.

Gabriel Isaacman-VanWertz, ledende videnskabsmand på en ny undersøgelse offentliggjort i Naturkemi og adjunkt i Virginia Techs afdeling for civil- og miljøteknik, har etableret en metode til at spore reaktioner mellem luft og kulstofbaserede forbindelser - en bedrift, der tidligere har været uhåndgribelig for forskere.

Denne nye opdagelse kunne give forskere mulighed for at studere forurening, smog, og dis på en omfattende måde, understøttet af data, der nøjagtigt afbilder en forbindelses adfærd over tid.

"Der er titusindvis af forskellige forbindelser i atmosfæren, " sagde Isaacman-VanWertz. "Generelt, fokus for mit arbejde er at studere kemien af, hvordan disse titusindvis af forbindelser interagerer med hinanden og ændrer sig med tiden."

Når en bestemt forbindelse indføres i atmosfæren, det reagerer kemisk for at danne andre forbindelser og molekyler over tid, forklarer Isaacman-VanWertz, som begyndte denne forskning som post-doc forsker ved Massachusetts Institute of Technology med studiemedforfatter Jesse Kroll.

Isaacman-VanWertz er særligt fokuseret på at studere den måde, atmosfæren interagerer med organiske forbindelser - de kulstofholdige forbindelser, der udgør alt levende. Store mængder af disse forbindelser udsendes fra naturlige kilder og menneskelige aktiviteter.

Alt med en duft udsender organiske forbindelser:citrus, eddike, neglelakfjerner, og benzin, for eksempel. Når først disse udsendte forbindelser kommer ind i atmosfæren, de ændrer sig på komplekse måder for at danne hundredvis eller tusindvis af andre forbindelser.

Tidligere, Det har været en udfordring at spore, hvordan kulstoffet ændrer sig, når det kommer ind i atmosfæren. Takket være værktøjer udviklet i det seneste årti, denne undersøgelse viste, at fuldstændig måling af kulstof i atmosfæren nu er mulig, selvom det stadig kræver state-of-the-art instrumenter og omhyggelig analyse.

Til dette projekt, Isaacman-VanWertz studerede duften af ​​fyrretræ, som er lavet af en organisk forbindelse kendt som pinen.

Isaacman-VanWertz og hans samarbejdspartnere ved MIT brugte fem spektrometre - avancerede stykker udstyr, der klassificerer kemikalier efter deres masse og de atomer, de indeholder - til at måle egenskaberne af kulstof inde i en teflonpose højden af ​​en person i en klimakontrolleret, blacklight-udstyret værelse.

Da de tændte det sorte lys, det var som at tænde solen, Isaacman-VanWertz sagde. Lyset fra "solen" ansporede kemien af ​​pinen inde i kammeret og simulerede de reaktioner, der ville forekomme i atmosfæren.

Hvert spektrometer havde til opgave at indsamle et bestemt sæt data gennem hele den forløbne reaktion, som at spore specifikke områder af kemiske forbindelser. En af de sværeste dele af dette eksperiment var at sætte alle disse målinger på samme skala, Isaacman-VanWertz sagde. Det kan være så komplekst at forstå de specifikke detaljer og målinger af hvert instrument, han sagde, der er ph.d.-studerende, der skriver hele afhandlinger om disse emner.

Isaacman-VanWertz og hans samarbejdspartnere var i stand til, for første gang, spor kulstoffet i pinen-molekylerne fra start til slut, da de undergik kemiske ændringer, som de ville i atmosfæren. Kulstofatomerne i pinen forsvinder ikke efter deres første introduktion til atmosfæren - de bliver til hundredvis af forskellige forbindelser gennem en kaskade af kemiske reaktioner.

Selvom den oprindelige blanding af forbindelser dannet ved reaktioner af pinen er meget kompleks, alt kulstof blev fundet at ende i "reservoirer", der er relativt stabile og ikke vil reagere yderligere i atmosfæren.

Hvad mere er, processen er sandsynligvis den samme for andre kulstofbaserede forbindelser. Isaacman-VanWertz plukkede pinen, fordi det er blevet grundigt undersøgt, så han kunne bruge tidligere arbejde til at forstå sine observationer.

Selvom pinen udsendes naturligt, dens adfærd er sammenlignelig nok til bedre at kunne forudse, hvordan andre forbindelser, som dem i forurenende stoffer, smog, og dis, vil reagere i luften. At forstå dette hjælper med at "tegne et stort billede af atmosfæren, " sagde Isaacman-VanWertz.

For eksempel, disse resultater vil hjælpe andre forskere med at forstå, hvordan forurenende stoffer fra et kraftværk kan forvandle sig i atmosfæren og påvirke et samfund i medvind.

"Hvis du kan forstå, hvordan kemien opstår, så kan du forstå, hvilke slags forurenende stoffer der vil være i atmosfæren baseret på hvor langt fra en forurenende kilde du er, " Forklarede Isaacman-VanWertz.

Isaacman-VanWertz håber, at andre forskere vil bygge videre på resultaterne af denne undersøgelse. Han vil vide, om tendensen hos udsendte forbindelser til at ende som langlivede atmosfæriske komponenter generelt er anvendelig for andre forbindelser, og hvordan denne proces kan eksistere side om side eller konkurrere med andre processer, der forekommer i atmosfæren.